車床數(shù)控化改造設(shè)計

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1、2604130359 目錄 第一章設(shè)計方案的確定-6- 一、總體設(shè)計方案的確定-6- 二、機(jī)械部分的改造設(shè)計與計算-6- （一）縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計選型-6- （二）橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計與計算-12- 第二章步進(jìn)電動機(jī)的選擇-16- 一、步進(jìn)電動機(jī)選用原則-16- 二、步進(jìn)電機(jī)的選型-17- （一）C6140縱向進(jìn)給系流步進(jìn)電機(jī)的確定-17- （二）C6140橫向進(jìn)給系流步進(jìn)電機(jī)的確定-17- （三）110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)-17- （四）110BF004型直流步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)-18- 第三章經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)選型-18- 第四章電動刀架的選型-19

2、- 第五章編制零件工序及數(shù)控程序?qū)嵗?20- 一、機(jī)床改造參數(shù)的選擇-20- （一）車床縱向運動由Z向步進(jìn)電動機(jī)控制-20- （二）車床橫向運動由X向步時電動機(jī)控制-20- 二、程序設(shè)計-20- （一）數(shù)控機(jī)床參數(shù)及約定-20- （二）編程參數(shù)說明-20- 參考文獻(xiàn)-24- 體會-25- - 6 - 0引言 回顧即將過去的20世紀(jì)，人類取得的每一項重大科技成果，無不與制 造技術(shù)，尤其與超精密加工技術(shù)密切相關(guān)。在某種意義上，超精密加工擔(dān) 負(fù)著支持最新科學(xué)發(fā)現(xiàn)和發(fā)明的重要使命。超精密加工技術(shù)在航天運載工 具、武器研制、衛(wèi)星研制中有著極其重要的作用。有人對海灣戰(zhàn)爭中

3、美國 及盟國武器系統(tǒng)與超精密加工技術(shù)的關(guān)系做了研究，發(fā)現(xiàn)其中在間諜衛(wèi)星、 超視距空對空攻擊能力、精確制導(dǎo)的對地攻擊能力、夜戰(zhàn)能力和電子對抗 技術(shù)方面，與超精密加工技術(shù)有密切的關(guān)系。可以說，沒有高水平的超精 密加工技術(shù)，就不會有真正強大的國防。 超精密車床要求其數(shù)控系統(tǒng)具有高編程分辨率（1nm）和快速插補功能 （插補周期0.1ms）?；赑C機(jī)和數(shù)字信號處理芯片（DSP的主從式硬件 結(jié)構(gòu)是超精密數(shù)控的潮流，如美國的NANOPATHf口PRECITECH'SJLTRAPATH TM都采用了這一結(jié)構(gòu)。數(shù)控系統(tǒng)的硬件運動控制模塊（PMAQ開發(fā)應(yīng)用越 來越廣泛，使此類數(shù)控系統(tǒng)的可靠性和

4、可重構(gòu)性得到提高。我國國防科技 大學(xué)研制開發(fā)的YH-1型數(shù)控系統(tǒng)采用ASWA824工業(yè)一體化PC工作站為 主機(jī)，用ADSP2181言號處理器模塊構(gòu)成高速下位伺服控制器。 模塊化、構(gòu)件化是超精密車床進(jìn)入市場的重要技術(shù)手段，如美國ANORAD 公司生產(chǎn)各種主軸、導(dǎo)軌和轉(zhuǎn)臺，用戶可根據(jù)各自的需要組成一維、兩維 和多維超精密運動控制平臺和車床。研制超精密車床時，布局就顯得非常 關(guān)鍵。超精密車床往往與傳統(tǒng)車床在結(jié)構(gòu)布局上有很大差別，流行的布局 方式是“T”型布局，這種布局使車床整體剛度較高，控制也相對容易，如 Pneum必司生產(chǎn)的大部分超精密車床都采用這一布局。模塊化使車床布局 更加靈

5、活多變，如日本超硅晶體研究株式會社研制的超精密車床，用于車 削超大硅晶片,采用三角菱形五面體結(jié)構(gòu)，用于提高剛度；德國蔡司公司研 制了4軸精密車床AS10Q用于加工自由形式表面，該車床除了X、Z和C 軸外，附加了A軸，用于加工自由表面時控制砂輪的車削點。此外，一些 超精密加工車床是針對特殊零件而設(shè)計的，如大型高精度天文望遠(yuǎn)鏡采用 應(yīng)力變形盤加工，一些非球面鏡的研拋加工采用計算機(jī)控制光學(xué)表面成形 技術(shù)（CCOS加工，這些車床都具有和通用車床完全不同的結(jié)構(gòu)。由此可 見，超精密車床的結(jié)構(gòu)有其鮮明的個性，需要特殊的設(shè)計考慮和設(shè)計手段。 為保證超精密車床有足夠的定位精度和跟蹤精度，數(shù)控系統(tǒng)

6、必須采用 全閉環(huán)結(jié)構(gòu)，高精度運動檢測是進(jìn)行全閉環(huán)控制的必要條件。雙頻激光干 涉儀具有高分辨率（如ZYGOAX10TM2/20分辨率為1.25nm）與高穩(wěn)定性， 測量范圍大，適合作車床運動線位移傳感器使用。但是雙頻激光干涉儀對 環(huán)境要求過于苛刻，使用和調(diào)整非常困難，使用不當(dāng)會大大降低精度。根 據(jù)我們的使用經(jīng)驗，德國Heidenhain公司生產(chǎn)的光柵尺更適合超精密車床 運動檢測，如該公司LIP401，材料長度220mm分辨率為2nm采用Zerodur 材料制成幾乎達(dá)到零膨脹系數(shù)（0.1ppm/k）,動靜尺間隙為0.6±0.1mm對 環(huán)境要求低，安裝和使用方便，如Nanoform25

7、00和Optimum2400超精密 車床都使用了Heidenhain光柵尺。 在數(shù)控軟件方面，開放性是一個發(fā)展方向。國外有關(guān)開放性數(shù)控系統(tǒng)的研 究有歐共體的OSACA美國的OMA和日本的OSEC我國國防科技大學(xué)在 此基礎(chǔ)上提出了構(gòu)件化多自由度運動控制軟件，可根據(jù)車床成形系統(tǒng)的布 局任意組裝軟件，符合車床模塊化發(fā)展的方向。 1.序言 課題簡介： 本課題是圍繞將普通機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床展開設(shè)計的，經(jīng)濟(jì)型數(shù) 控機(jī)床是指價格低廉、操作使用方便，適合我國國情的裝有簡易數(shù)控系統(tǒng) 的高效自動化機(jī)床。中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，常希望對原有舊機(jī)床進(jìn)行 改造，實現(xiàn)數(shù)控化、自動化。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控

8、機(jī)床系統(tǒng)就是結(jié)合現(xiàn)實的的生產(chǎn) 實際，結(jié)合我國國情，在滿足系統(tǒng)基本功能的前提下，盡可能降低價格。 價格便宜、性能價格比適中是其最主要的特點，特別適合在設(shè)備中占有較 大比重的普通車床改造，適合在生產(chǎn)第一線大面積推廣。企業(yè)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)型 數(shù)控型系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)行改造后，將提高產(chǎn)品加工精度和批量生產(chǎn)的能力， 同時又能保持“萬能加工”和“專用高效”這兩種屬性，提高設(shè)備自身對 產(chǎn)品更新?lián)Q代的應(yīng)變能力，增強企業(yè)的競爭能力。 利用微機(jī)改造現(xiàn)有的普遍車床，主要應(yīng)該解決的問題是如何將機(jī)械傳動 的進(jìn)給和手工控制的刀架轉(zhuǎn)位，進(jìn)給改造成由計算機(jī)控制的刀架自動轉(zhuǎn)位 以及自動進(jìn)給加工車床，即經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。 進(jìn)

9、行數(shù)控機(jī)床的改造是非常有必要的。數(shù)控機(jī)床可以很好地解決形狀復(fù) 雜、精密、小批量及多變零件的加工問題。能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn) 效率，但是數(shù)控機(jī)床的運用也受到其他條件的限制。如：數(shù)控機(jī)床價格昂 貴，一次性投資巨大等，因此，普通車床的數(shù)控改造，大有可為。它適合 我國的經(jīng)濟(jì)水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國設(shè)備技術(shù)改造主要方 向之一。 現(xiàn)我選用CA6140普通車床為例進(jìn)行數(shù)控改造。 第一章設(shè)計方案的確定 C6140型普通車床是一種加工效率高，操作性能好，并且社會擁有量較大的普通型 車床。經(jīng)過大量實踐證明，將其改造為數(shù)控機(jī)床，無論是經(jīng)濟(jì)上還是技術(shù)都是確實可行了。 一般說來，如果

10、原有車床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的數(shù)控車床，同 時具有數(shù)控控制和原機(jī)床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破。 本設(shè)計主要是對C6140普通型車床進(jìn)行數(shù)控改造，用微機(jī)對縱、橫進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行控制。系統(tǒng)可采用開環(huán)控制和閉環(huán)控制，開環(huán)控制雖然有不穩(wěn)定、振動等缺點，但其成本 較低，經(jīng)濟(jì)性較好，車床本身所進(jìn)行的加工尺寸是粗、半精加工。驅(qū)動原件采用步進(jìn)電 動機(jī)。系統(tǒng)傳動主要有：滑動絲杠螺母傳動和滾珠絲杠螺母傳動兩種，經(jīng)比較分析：前 者傳動效率及精度較低，后者精度和效率高，但成本高，考慮對車床的性能要求，故采 用滾珠絲杠螺母傳動。刀架性能要求是準(zhǔn)確快速的換刀，因此采用自動轉(zhuǎn)

11、位刀架。 一總體設(shè)計方案的確定 由于是對車床進(jìn)行數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時，基本原則是在滿足使用前提 下，對同床的改動盡可能少，以降低成本。根據(jù)這一原則，決定數(shù)控系統(tǒng)采用開環(huán)控制； 傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母傳動；驅(qū)動元件采用步進(jìn)電動機(jī)；數(shù)控系統(tǒng)采用JWKffl系統(tǒng); 刀架采用自動轉(zhuǎn)位刀架。這樣車床既保留原有功能，又減少了改造數(shù)量。 二機(jī)械部分的改造設(shè)計與計算 將普通車床改造成數(shù)控機(jī)床，除了增加控制系統(tǒng)外，機(jī)械部分也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的改造，其中包括：縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計選型，以及自動轉(zhuǎn)位刀架的選型。 （一）縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計選型 1、經(jīng)濟(jì)數(shù)控車床的改造，采用步進(jìn)電動驅(qū)動縱向進(jìn)

12、給，有兩種方案：一種是步進(jìn) 電機(jī)驅(qū)動絲杠螺母固定在溜板箱上；第二種是縱絲杠固定、電機(jī)安裝在溜板箱上，驅(qū)動 螺母傳動。對于車床的改造而言，采用第一種方案顯然簡單易行。所以步進(jìn)電機(jī)的布置， 可放在絲杠的任意一端。從改裝方便，實用等方面考慮，所以將步進(jìn)電機(jī)放在絲杠的左 端。 2、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計計算，已知條件： 工作臺重量：W=80kgf=800N 時間常量：T=25ms 行程：s=640mm 步驅(qū)角：2=0.75o/step 快速進(jìn)給速度：Vmax=2m/ms 脈沖當(dāng)量：8p=0.01mm/8tep （1）切削力的計算 由《機(jī)床設(shè)計手冊》得公式No=Ndr]（公式-

13、其中NO—為傳動件的額定功率 Nd-主電機(jī)的額定功率，見使用說明書得：Nd=4.5kw “一從電機(jī)到所計算的傳動軸的傳動效率（不含軸承的效率） 從電機(jī)到傳動軸經(jīng)過皮帶輪和齒輪兩種傳動件傳動，所以 4=nix氏由《機(jī)床設(shè)計手冊》得ni=0.96n2=0.99 所以：4=0.96 X 0.99=0.9504 取4=0.95 “即 N=4X 0.95=3.8 (kw) 又因為主傳動系統(tǒng)效率一般為 0.6?0.7之間，所以取0.65 所以 N （進(jìn)給效率）=3.8 X0.65=2.47 （ kw） 由《機(jī)械加工工藝手冊》得 FZ Vs Pm= o X9.8 FzV

14、s 6120 式中Vs—一切削速度，設(shè)當(dāng)其為中等轉(zhuǎn)速，工件直徑為中等 時，如D=40mmj,取Vs=100m/min 主切削力 61202.47 Fz==151.164（Rgf）=1511.64N 100 由《機(jī)床設(shè)計手冊》得主切削力 Fz=CFzapxfxxfyfzxkfz（經(jīng)驗公式）CFzapxfxfyfzkfz（公式三） 對于一般切削情況，切削力中的指數(shù)xfx?1 ?fz=0.75Kfz=0 CFZ=188kg/nm2=1880Mpa F2的計算結(jié)果如下: ap(mm) 2 2 2 3 3 3 f(mm) 0.2 0.3 0.4 0.2

15、 0.3 0.4 Fz(N) 105 1524 1891 1681 2287 2837 為便于計算,所以取Fz=1511.7N,以切削深度ap=2mm 走刀量f=0.3須為以下計算以此為依據(jù)。 由《機(jī)械床設(shè)計手冊》得，在一般外圓車削時，F(xiàn)x=(0.1?0.6)FZ Fy=(0.15?0.7)Fz 取Fx=0.5FzFy=0.6Fz ?.Fx=0.5X1511.7=755.9(N) Fy=0.6Fz=0.6乂1511.7=907.0(N) (2)滾珠絲杠的設(shè)計計算 由《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床總設(shè)計》，綜合車床導(dǎo)軌絲杠的軸向力得 P=RGx+f(Fz+W)(公式四

16、) 其中R=1.15,f'=0.15?0.18取f'=0.16 P=1.15X755.9+0.16(1511.7+800) =1239.2(N) ?強度計算 壽命值Li 二 ni= 60niTi 106 1000vf D Lo (公式五) (公式六) - 25 - 由《機(jī)床設(shè)計手冊》得Ti=15000h,原機(jī)床絲杠螺距為60mm,D=80mm ni= 1000 100 0.3 . =19.9 = 20(r/min) Li= 80 6 3.14 60 20 15000 106 =18 最大動負(fù) (公式七) Q=3LiPfwfh 其中

17、運載系數(shù)fw=1.2 硬度系數(shù)Fh=1 QM'GX1.2X1239.2X1 =3897.1(N) 根據(jù)最大動力負(fù)載荷Q的值，查表選擇滾珠絲杠的型號為W5010-3.5X1,查表得數(shù)控車床的縱向精度為B級，左旋 即型號為W5010-3.5X1/B—900X1000 其額定載荷是3970N ②效率計算 根據(jù)《機(jī)械基礎(chǔ)》得，絲杠螺母副傳動效率為 公式八） _tgr = tg(r4) 由《機(jī)床設(shè)計手冊》得4一般為8'?12'取4=10'即：摩擦角4二10',螺旋升角（中徑處）r=3O25' 則“二_tg325—=0.953 tg（302510） 滾珠絲杠受工作負(fù)載P引

18、起的導(dǎo)程變化量 △ L1=± PLo EF 公式九） 其中 Lo=10mm=1cm E=20.6X106N/cm2 滾珠絲杠橫截面積 F=(a)冗d為滾珠絲杠外徑 2 =(485)2x3.14 2 =18.47(cm2) 則ALU——1239.1 = X (7.26+39.32)+2.022+0.467 ——=3.256X10-6=3.27um 20,610618.47 查《機(jī)床設(shè)計手冊》，B級精度絲杠允許的螺距誤差（900nlm螺絲長度）為25nm/m,因此，絲杠的剛度符合要求。即剛度足夠。 ④穩(wěn)定性驗算 由于原機(jī)床杠徑為①30mm,現(xiàn)選用的滾珠絲

19、杠為①50mm,支承方式不變。所以，穩(wěn)定性不成問題，無需驗算。 ⑤齒輪及轉(zhuǎn)矩的相關(guān)計算 此齒輪為普通減速器的齒輪且減速器為一般機(jī)器，沒有特殊要求，從降低成本，減 小結(jié)構(gòu)尺寸和易于取材的原則出發(fā)，決定小齒輪選用45鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬定為217? 255HBS。大齒輪選用45正火，齒面硬度169?217HBS。 傳動比i= 2LO 36089 其中2表示步驅(qū)角，89表示脈沖當(dāng)量 i= 0.7510 3600.01 =2.1 取齒數(shù)z1=30, Z2=63 模數(shù)m=2mm,嚙合角為200, 小齒輪齒寬為25mm,大齒輪齒寬20nlm。 d

20、1=mz1=2X30=30 d2=mz2=2X63=126 da1=m(z1+2)=2X(30+2)=64 .1 . 2 d d a= =60 126 2 二93 齒輪傳動精度 計算齒輪圓周速度V n1d1 6104 3.14601000 6104 =4.2(m/s) 根據(jù)齒輪圓周速度和對噪音的要求確定齒輪精度等級側(cè)隙分別為: 小齒輪：8GJ 大齒輪：8FL ⑥傳動慣量的選擇 工作臺質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量 180892 J1=()W 兀2 1800.01產(chǎn)80 3.140.75 2 =0.467kg.cm

21、 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 Js=7.8乂1—=7.8X-4X(50mm)4X14.9 =7.26(kg.cm12.1 2 =14.50(kg. cm 2) =145.0(N. cm 2) ⑦所需轉(zhuǎn)動力矩的計算 快速空載啟動時所需力矩 M二Mmamx+Mf+M o 最大切削負(fù)載時所需力矩 ) 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 JZ1=7.8X10-4X(60mm)4X2=2.02(kg.cm2) JZ1=7.8X10-4X(126mm)4x2=39.32(kg.cm2) 由于電機(jī)的傳動慣量很小，一般可忽略不記 所以總的傳動慣量為 J總=1X(Js+Jz2)+Jz1+J1 （公式十二） i

22、2 （公式十三） M=Mat+Mf+Mo+Mt 快速進(jìn)給時所需力矩 M=Mf+M（公式十四） 式中Mmamx空載啟動時折算到電機(jī)軸上的加速度力矩。 Mf——折算到電機(jī)軸上的磨擦力矩。 Mo—由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩。 Mat——切削時折算到電機(jī)軸上的加速度力矩。 Mt——折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩。 Ma=JnX10-4（N.m）其中T=0.025（公式十五） 9.6T 當(dāng)n=nmaX寸,Mamax=Ma V max i 2m 2 2000 2 nmax= = = =400(r/min) lo 10mm 10 14.5400-

23、4 Mamat=x10=24.17(kgf.cm) 9.60.025 =241.7(N.cm) 1000V「fi nt=—D— lo 10000.32.1,=25.08(r/min) 3.148010 14.525.08-4 Mat=x10=1.51(kgf.cm) 9.60.025 =15.1(N.cm) Mf=FoLo=fWLo 2i2i 當(dāng)？=0.8,f'=0.16時, =1.213(kg.cm) 0.168010mmMf=— 23.140.82.1 =12.13(kg.cm) M=PoLo_(1-z i 2 3.14 0.9 2.1 =6.36

24、8(kg.cm)=63.68(N.m) ) 6i 1 當(dāng)？=0.9時，預(yù)加荷P=1Fx 3 一2一一2 FxLo(1)75.5910mm(10.9) MO== 663.140.92.1 =0.4033 =4.03(N.cm) fxLoMt= 75.591 所以，快速空載啟動所需力矩 M快空二Mamax+Mf+M =241.7+1.213+4.03 =257.86(N.cm) 切削時所需力矩 乂切=Mat+Mf+Mo+Mt =15.1+12.13+4.03+63.69 =94.95(N.cm) 快速進(jìn)給時所需力矩M快速=Mf+MO =

25、12.13+4.03 =16.16(N.cm) 由以上計算可得 所需最大力矩Mama歐生快速啟動時 Mamax=Mft速=257.86(N.cm) (二)橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計與計算 (1)橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計 經(jīng)濟(jì)數(shù)控車床改造的橫向進(jìn)給系統(tǒng)一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動滾珠絲杠，使刀架 橫向運動.步進(jìn)電機(jī)安裝在大拖板上，用法蘭盤將步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床大拖板連接起來，以保證其同軸度，提高傳動精度。 (2)橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計計算，已知條件 工作臺重量：W=30kgf=300N 時間常量：T=25ms 行程：s=190mm 步驅(qū)角：2=0.75度/step 脈沖當(dāng)量：8p=0.005m

26、m/step 快速進(jìn)給速度：Vmax=2m/min ④切削力的計算 橫向進(jìn)給量約為縱向的1?1,取1則橫向切削約為。縱向切削力 2 322 1 1 .?.Fz=-F

27、 106106 最大動負(fù)載Q=3Lifwfr1p 其中fw(運載系數(shù))=1.2 fh(硬定系數(shù))=1 Q=313?5X1.2X1X846.05 =2417.4(N) 根據(jù)最大動負(fù)載荷的值，可選擇滾珠絲杠的型號，其公稱直徑為35加，型號為亞3508-3.5 X1/B左190X290,額定動負(fù)載荷為2520W所以強度夠用。 ②效率計算 ?=tgr tg(r4) r(螺紋升角)=3°38'4(磨擦角)=10' ?=tg3o38=0.956 tg(3o3810) 滾珠絲杠受工作負(fù)載，P引起的導(dǎo)程變化量 pLO846.050.8 △L1==6—— F二 ( d) 2其中

28、為滾珠絲杠的外徑 Lo (在300 nlm之內(nèi))為15um/n，所以剛度足夠。 EF20.6106F 空變?yōu)橐欢艘欢斯潭?，一端徑向支承，所以穩(wěn)定性增強，故不再驗算。 ⑤、齒輪及轉(zhuǎn)矩的相關(guān)計算 減速器為一般機(jī)器，沒有什么特殊要求，從降低成本，減小結(jié)構(gòu)、尺寸和易于取材等原則出發(fā)，決定小齒輪選用45鋼、調(diào)質(zhì)，齒面硬度為217?255HBs大齒輪選用45鋼正火、齒面硬度為169?217HBS 傳動比i=一l0— 3608P 其中8表示步驅(qū)角；8P表示脈沖當(dāng)量 i=0.758333 3600.05. 所以，取Z1=30,Z2=99 M=2mm嚙合角為20° 小齒輪齒寬為25

29、mm大齒輪齒寬為20mm d1=mZ1=230=60 d2=mZ2=299=198 da1=m(Z1+2)=2X(30+2)=64 da2=m(Z2+2)=2X(99+2)=202 129 d1d264178 a=-2 22 齒輪傳動精度 計算齒輪圓周速度V V= n1 d1 3.14 60 1000 104 6 6 104 4.2(m/ s) 根據(jù)圓周速度和對噪音的要求確定齒輪精度等級及側(cè)隙分別為: 小齒輪：8GJ 大齒輪：8FL ⑥、傳動慣量計算 工作臺質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的傳動慣量 J1=世” 4 2 1800.05 W30 3.1

30、40.75 =0.04378(Kg.cm2) 絲杠轉(zhuǎn)動慣量： JS=7.8X10-4XD4XL1=7.8X10-4X3.54X13.3 =1.556(kg.cm2) 齒輪的傳動的慣量 JZ1=7.8X10-4XD4XM=7.8X10-4X64X2 =2.02(kg.cm2) JZ2=7.8X10-4XD4XM=7.8X10-4X(198mm)2X2 =239.76(kg.cm2) 由于電機(jī)傳動慣量很小，可以忽略不計，因此總的轉(zhuǎn)動慣量 J=1(JS+JZ2)+JZ1+J11i 1、 =9(1.556+239.76)+2.022+0.043783.32 =24.22(

31、kg.cm2) ⑦所需轉(zhuǎn)動力矩的計算 _V max. i rnmax 1000 3.3 L0 412.5(r/min) J.n max lvama)= 10 9.6 T =4.16(N.m) 24.22 412.5 4 10 9.6 0.025 1000Vfi nt DL0 1000 100 3.3 0.2 3.14 8 60 =43.79(r/min) 4 10 T 24.22 43.79 . 4 10 9.6 0.025 =0.4419(N.m) Mf二以 fJWLc 2 i 2 i 其中，f ' =0.2 4=0.8時 0.

32、2 30 0.8 Mf= 0.2895( kgf .cm) 2 3.14 3.3 0.8 =0.029 (N.m) M0=F-L°(1 6 i 0) 45.35 0.8 (1 0.92) 0.029 =0.1386—0.0139(N.m) Mt=FL045.350.8 2i23.140.83.3 =2.19(kgf.cm) =0.219(N.m所以，快速空載啟動時所需轉(zhuǎn)矩M=Mamax+Mf=Mo =4.16+0.029+0.0139=4.2079(N.m) 切削的所需力矩乂切=乂21+乂￡+乂0+乂1 =0.4419+0.029+0.0139+0.219

33、 =0.6938(N.m)快速啟動時所需力矩 M快進(jìn)=Mf+Mo=0.029+0.0139=0.0429(N.m) 即最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動時即Mamax=4.2079(N.m) 第二章步進(jìn)電動機(jī)的選擇 一步進(jìn)電動機(jī)選用原則 合理選用步進(jìn)電機(jī)是比較復(fù)雜的問題，需根據(jù)電機(jī)在整個系統(tǒng)中的實際工作情況,經(jīng)過分析后才能正確的選擇。 （一）a,步距角應(yīng)滿足：==amin i 式中i——傳動比 amin——系統(tǒng)對步進(jìn)電機(jī)所驅(qū)動部件的最小轉(zhuǎn)角 （二）精度 步進(jìn)電機(jī)的精度可用步距誤差或積累誤差衡量。積累誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開始，經(jīng)過任意步后，轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值，用積

34、累誤差衡量精度比較實用，所選用的步進(jìn)電機(jī)應(yīng)滿足。 △Qrm=i[AQs] 式中△Qm-一步進(jìn)電機(jī)的積累誤差。 [AQs]——系統(tǒng)對步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動部分允許的角度誤差。 （三）轉(zhuǎn)距 為了使步進(jìn)電機(jī)正常運行（不失步、不越步）正常啟動并滿足對轉(zhuǎn)速的要求，必須考慮； ①啟動力矩，一般啟動力矩選取為 M*-^0- 0.3~0.5 式中Mq--電機(jī)啟動力矩 MLo——電機(jī)靜負(fù)載力矩 ②在要求在運行頻率范圍內(nèi)，電機(jī)運行力矩應(yīng)大于電動機(jī)的靜載力矩與電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量（包含負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量）引起的慣性矩之和。 （四）啟動頻率 由于步進(jìn)電機(jī)的啟動頻率隨負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的增大而降低，因此相應(yīng)負(fù)載

35、力矩 和轉(zhuǎn)動慣量的極限啟動頻率應(yīng)滿足： fi>[fop]m 其中fi——極限啟動頻率 [fop]m——要求步進(jìn)電機(jī)最高啟動頻率 二步進(jìn)電機(jī)的選型 （一）C6140縱向進(jìn)給系流步進(jìn)電機(jī)的確定 Mq=Ml0取參數(shù)為0.4 0.3~0.5 =257.86 0.4 =644.6（N.m） 為了滿足最小步距要求，電動機(jī)選用三相六拍工作方式。查手冊得知：Mq/Mjm=0.866,所以步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為 fmax=Vmx=2000=3333.3（HZ36089600.01 綜合考慮，查表選用110BF00州直流步進(jìn)電機(jī)能滿足使用要求。 （二）C6140橫向進(jìn)給系流步進(jìn)

36、電機(jī)的確定 Mq= Ml。 0.4 4.2079 0.4 105.2( N.cm) 電動機(jī)選用三相六拍工作方式 查手冊得Mq/mjm=0.866 一.Mq105.2 Mjm=——121.5(N.cm) 0.8660.866 =1.215（N.m） 步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率 V max fmax= 6089 1000 60 0.005 3333.3( HZ) 能夠滿足使用要求。 綜合考慮，查表選用110BF004ffl直流步進(jìn)電機(jī), （三）110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù) 電機(jī)型號 相數(shù) 步驅(qū)角 目 自壓 相電流 最大轉(zhuǎn)矩

37、 最局空載啟動率 110BF003 3 10.75 80 6 7.84(80) 1500 運彳丁頻率 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 線圈電阻 分配方式 重量 外徑 長度 軸徑 7000 46.06(4.7) 0.37 三相六拍 6 110 160 「11 參考價 原型號 350 BFG090811  （四）110BF004型直流步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù) 電機(jī)型號 相數(shù) 步驅(qū)角 電壓 相電流 最大轉(zhuǎn)矩 最局空載啟動率 110BF004 3 P0.75 30 4 4.9(50) 500 運彳丁頻率 轉(zhuǎn)子

38、轉(zhuǎn)動慣量 線圈電阻 分配方式 重量 外徑 長度 軸徑 34.3(3.5) 0.76 三相六拍 5.5 110 110 11 參考價 原型號 350 BFG09041111 第三章經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)選型 用數(shù)控機(jī)床工工件時，首先應(yīng)編制零件加工程序。這是數(shù)控機(jī)床的工作指令。將加工程序輸入數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機(jī)床主動的變速、啟動、停止、進(jìn)給運動的方向速度和位移量，以及刀具選擇交換，工件裝夾和冷卻潤滑的開關(guān)等動作，使刀具與被加工零件以及其它輔助裝置嚴(yán)格按照加工程序規(guī)定的順序、運行軌跡和運行參數(shù)進(jìn)行工 作，從而達(dá)到加工出符含合要求零件的目的。

39、C6140數(shù)控車床改造后聯(lián)動軸數(shù)為二軸聯(lián)動且傳動精度要求比較高，主要有A850CNC系統(tǒng)和JWKW種系統(tǒng)。經(jīng)過實際比較分析，JWK（統(tǒng)的核心是MCS-51系列的8031單片微機(jī)，具采用ISO國際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控代碼編程，能自動完成車削端面、內(nèi)外圓、倒角等功能，并配有完備的S、T、M功能。該系統(tǒng)爾采用模塊化設(shè)計，內(nèi)部有計算機(jī)等四種模塊。更換維修方便快速。A850CNC（統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，集成度高，工藝先進(jìn)，性能穩(wěn)定，可維修性很大。 根據(jù)實際生產(chǎn)需要，以及數(shù)控系統(tǒng)的要求，經(jīng)過實際比較分析，選用JW陳列。其 中又以JWK-15帆系統(tǒng)應(yīng)用最廣、功能較強、操作使用更方便。所以，決定使用JWK-15T型數(shù)控系統(tǒng)。

40、 JWK-15T主要性能參數(shù)如下: 生產(chǎn)廠家 南京微分電機(jī)廠江南機(jī)床數(shù)控工程公司 型號 JWK-15T 用戶容量 24K 設(shè)定單位 X=0.005,Z=0.01 控制軸數(shù) X、Z 聯(lián)動軸數(shù) 二軸 編程尺寸 ±9999.99 快速（X/Z）向 3/6m/min G功能 M03M09M23M29M9入M99 S功能 S01?S04,S05?S10 T功能 T、X?T8X 步進(jìn)電機(jī) 110BF003 工作電源 220V±10%50HZ  控制精度 1步 功耗W 360 環(huán)境溫度 0?40c 相對濕度 80%（25C） 外形尺寸

41、（mm 340X400X200 系流重量（kg） 17 第四章電動刀架的選型 自動轉(zhuǎn)位刀架的設(shè)計是普通機(jī)床，數(shù)控改造的關(guān)鍵。它要求刀架要具有抬起、回轉(zhuǎn)、下降、定位和壓緊這一系功能。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各方面要求不，但它保持了原本床工件最大回轉(zhuǎn)直徑的條件下，提供選用的多把刀的可能性。 電動刀架的安裝較方便，只要將原車床上的刀架拆下將電動刀架裝即可但要注意兩 1）電動刀臺的兩側(cè)面應(yīng)與車床的橫向進(jìn)給方向平行。 2）電動刀臺與系統(tǒng)的連線建議如下安裝：沿橫向工作臺右側(cè)面先走線到車床后面,再沿車床后導(dǎo)軌下方拉出的鐵絲滑線，走線到系統(tǒng)。具好處在于：避免走線雜亂無章，而使得加工時切屑、冷卻液以

42、及其它雜物磕碰電動刀架系統(tǒng) 綜合各方面因素，選用常州武進(jìn)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的 LD4-I型系列四工位自動刀 機(jī)床型號刀位數(shù) 電機(jī)功率（W電機(jī)轉(zhuǎn)速火緊力切體尺寸下刀體尺 LD4-I型刀架技術(shù)指標(biāo)配車床型號重復(fù)定位精度工作可靠性換刀時間 C6140 4 120 1400r/min 1152X152161X171 C6140 <0.005mm >30000次 90°180°270° 2.9（秒） 3.4（秒） 3.9（秒） 第五章編制零件工序及數(shù)控程序?qū)嵗? 一機(jī)床改造參數(shù)

43、的選擇 （一）車床縱向運動由Z向步進(jìn)電動機(jī)控制 110BF003型直流步進(jìn)電動機(jī) 配套絲杠螺距為10mm 泳沖當(dāng)量：0.01mm 改造后的泳沖當(dāng)量：0.01mm （二）車床橫向運動由X向步時電動機(jī)控制 110BF003型步進(jìn)電動機(jī) 配套絲杠螺距為8mm 脈沖當(dāng)量：0.05mm 改造后的脈沖當(dāng)量：0.05mm 二程序設(shè)計 （一）數(shù)控機(jī)床參數(shù)及約定 脈沖當(dāng)量：X向（橫向）為0.05mm Z向（縱向）為：0.01mm 坐標(biāo)原點為：0點 加工起點為：A點 安裝方法：零件裝夾于床頭主軸與尾座頂尖之間。采用專用芯軸方式定位。 使用方法：專用組合車刀、切刀 加工工序說明

44、：此工序為精車加工，零件外部形狀尺寸全部成型。零件各部分尺 寸預(yù)留精車余量0.8?1.2mm （二）編程參數(shù)說明 加工編程中以球頭車刀圓心與加工起點相重合小187外圓處侄角計算,見圖一。 倒向海生標(biāo)計異（圖口 因為AO=R=2 所以BC=2-2Xsin45°=0.585784 CD=GD=BC/sin45°=0.828 OE=1—0.828=0.172 02F=C3F=2+0.172=2.172 見立體圖 3、編制程序 JWK-15T型數(shù)控裝置零件加工程序如下:

45、 NO10 G92 X300 Z76 NO20 M03 F2.0 N030 G04 X44 F400 N040 G01 F80 N050 X38、48 F2.0 N060 G04 X42、48 F80 N070 G01 F2.0 N080 G04 V4W4 F140N100G04F2.0 N090 G01 V17.52 W-22I46.48K-22 N110 G03 F140 F2.0

46、 N120 G04 X76 F100 N130 G01 F2.0 N140 G04 W-8 F100 N150 G01 F2.0 N160 G021 V6 W-3I6K0 N170 G02 F2.0 F140 N180 G04 - 31 - N190 G01 X188.98 F80 N200 G04 F2.0 N210 G01 V4.344 W-2.172F100 N220 G04 G04 F2.0 N230 G01 W-28.828 F100 N240 G

47、01 X187 F80 N250 G04 F2.0 N260 G01 V2 W-1F100 N270 G04 F2.0 N280 G01 X57 F100 N290 G04 F2.0 N300 G01 W-5 F80 N310 G01 X201 F260 N320 G04 F2.0 N330 G01 W52 F260 N340 G04 F2.0 N350 G01 W4 F80 N360 T22 N370 G04 F2.0 N380 G01 X73 F260 N3

48、90 G04 F2.0 N400 G01 X66 F80 N410 G04 F2.0 N420 G01 X60 F80 N430 G04 F2.0 N440 G01 X58 F80 N450 G04 F2.0 N460 G01 X201 F260 N470 G04 F2.0 N480 G01 V108 W32F300 N490 T01 N500 G01 X300 F100 N510 Z76 N520 M02 參考文獻(xiàn) 1 、《實用數(shù)控加工技術(shù)》 出版社：

49、北京、兵器工業(yè)出版社 2 、《實用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊》 出版社：北京出版社 3 、《機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計與實例》 出版社：機(jī)械工業(yè)出版社 4 、《數(shù)控加工程序編制》 出版社：航空工業(yè)出版社 5 、《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計》 出版社：機(jī)械工業(yè)出版社 6 、《機(jī)床設(shè)計手冊》 出版社：機(jī)械工業(yè)出版社 7 、《畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)書》 出版社：青島海洋大學(xué)出版社 8 、《數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊》 出版社：北京出版社 9、《AutoCAD習(xí)題精解》 出版社：人民郵電出版社 10、《機(jī)床數(shù)控技術(shù)應(yīng)用》 出版社：高等教育出版社 1993 作者《實用數(shù)控加工技術(shù)》編委會 1995年 作者《

50、實用數(shù)控加工技術(shù)》編委會 年 作者：余英良 1998年 作者：范炳炎 1992年 作者：張新義 1994年 作者：《機(jī)床設(shè)計手冊》編委會 1979年 作者：李恒權(quán) 1993年 作者：李福生 年 1996 作者：姜勇 2000年 作者：李宏勝 2001年 11、《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》作者：李益民 體會 畢業(yè)設(shè)

51、計是對我們四年學(xué)知識的一次總結(jié)和應(yīng)用，是對我們自身能力 的一次檢驗，通過這次檢驗，能讓我們知道自己的不足，在以后的工作生 活中，不斷的改進(jìn)、學(xué)習(xí)、以原野高自己的綜合能力。 四年專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，其間也做過課程設(shè)計，對所學(xué)課程進(jìn)行過知識 的系統(tǒng)運用，但各課程綜合運用較少。本次設(shè)計，讓我們對四年的知識有 了總體的綜合運用，提高了我們綜合能力和靈活運用所學(xué)的基礎(chǔ)理論的能 力。各科之間的聯(lián)系有了清晰的認(rèn)識。 機(jī)械專業(yè)雖然是一門很成熟的專業(yè)，然而對我們來說，我們懂得知識 還很有限。要在這方面有所提高。我們還必須在基礎(chǔ)理論上下功夫，以理 論聯(lián)系實際，才能使我們的知識有一個量變到質(zhì)變的飛躍。

52、 以后的學(xué)習(xí)道路還很長，人生就是在不斷地學(xué)習(xí)中提高自己，而畢業(yè)設(shè)計 也給了我們自信，讓我們相信以后會做得更好。 在這次的畢業(yè)設(shè)計中，由于首先接觸這燈課題的設(shè)計和設(shè)計的資料準(zhǔn) 備不足，時間的緊迫可能在設(shè)計中出現(xiàn)很大的問題。盡管在指導(dǎo)老師的全 力指導(dǎo)下，錯誤也再所難免，這樣，讓我有了一次知識的重新積累。 2 =(34)2X3.142 =9.0746 △L1=±—846.050.8—=±3.62X10-6(cm) 20.6109.0746 因為滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化化量△L2很小，可忽略不計，即4L=AL1, 即導(dǎo)程變化總誤差為 A=1000Al=1000x3.62X10.-6 0.8 =4.52(min/m) 查表知B級精度絲杠允許的螺矩誤差④穩(wěn)定性驗算 由于選用滾珠絲杠的直徑與原絲杠直徑相等，而支承方式由原來的一端固定，一端懸